毕业论文《MCGS监控PLC控制机械手》

1、江西工业工程职业技术学院毕业论文江西工业工程职业技术学院毕 业 论 文 题 目 MCGS监控PLC控制机械手 学生姓名 蔡晓春 指导教师 夏路生 院 系 电子计算机系 专 业 电气自动化 级 别 电气101江西工业工程职业技术学院20 年 月 日摘 要我们生活在一个科学技术飞速发展的社会。在科技进步的同时，各种不同类型的机械手以其突出的性能越来越多的被人们所应用。机械手在不同的作业场合，为生产的顺和利快速进行带来了极大的方便。尤为明显的是在工业及军事领域内，存在着很多不便于人类操纵的环节，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性，大大的节约损耗，提高效率。可见，工业化进程中，在

2、特殊环境中使用机械手已成为一种必然的趋势。在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及PLC的发展趋势，描述了机械手控制系统的工作原理和动作实现过程，还研究了MCGS在机械手控制系统中的应用。本毕业设计主要设计基于PLC的机械手模型控制系统，利用组态软件MCGS设计了机械手模型控制系统监控界面，提供了较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性，提高了系统的工作效率。关键词：机械手，PLC，MCGS 目录第一章 绪 论41.1 课题背景41.2设计目的和意义41.3 本文主要工作5第2章可编程序逻辑控制器（PLC）和机械手概述62.1 可编程序逻辑控制器（PLC）6

3、2.1.1 PLC的结构62.1.2 PLC的发展历程72.1.3 PLC的硬件82.1.4 PLC的主要特点92.1.5 FX2N系列PLC介绍102.2 机械手112.2.1 机械手概述112.2.2机械手的工作原理112.2.3机械手的发展趋势12第三章 系统设计133.1 系统方案分析设计133.1.1控制要求133.1.2 方案设计133.2 硬件设计153.2.1 输入/输出端子地址分配153.2.2 PLC接线图153.3 系统程序设计163.3.1 常用编程方法介绍163.3.2流程图173.3.3梯形图173.4 MCGS组态软件213.4.1 MCGS 组态软件结构213.

4、4.3 工程的建立和变量的定义243.4.4动画连接273.4.5 调试31第四章 系统的调试及设计总结324.1 系统调试32结 论33参考文献34致 谢35第一章 绪 论1.1 课题背景随着计算机技术的飞速发展，PLC（即可编程逻辑编程器的简称）已经进入日常生产、生活的各个方面，PLC的应用在各行各业已成为必不可少的内容。PLC作为通用的工业计算机，其功能日益强大，已经成为工业控制领域的主流控制设备。PLC 从诞生至今，仅有30年的历史，但是得到了异常迅猛的发展，并与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。在现代工业中生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业

5、化的进一步发展，自动化已经成为现代企业中的重要支柱，无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现在生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射和污染的场合，应用更为广泛。在我国，近几年来也有较快发展，并取得一定效果，受到机械工业和铁路

6、部门的重视。本次课题主要是应用三菱公司FX2N系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。1.2设计目的和意义科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期的缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设

7、计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的的发展趋势。 自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国际民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。支撑发展就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支持经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领

8、未来经济社会的发展。这一方针是我国半个世纪科技发展实践经验的概括总结，是面想未来，实现中华民族伟大复兴的重要抉择。 科技人才是提高自主创新能力的关键所在。要把创造良好环境和条件，培养和凝聚各类科技人才特别是优秀拔尖人才，充分调动广大科技人员的积极性和创造性，作为科技工作的首要任务，努力开创人才辈出、人尽其才、才尽其用的良好局面，努力建设一支与经济社会发展和国防建设相适用的规模宏大、结构合理的高素质科技人才队伍，为我国科学技术发展提供充分的人才支撑和智力保证。 1.3 本文主要工作第一章：介绍该课题背景，对该系统的设计目的和意义做简单介绍第二章：系统介绍可编程逻辑控制器MCGS组态软件和机械手第

9、三章：系统方案的分析 设计 及程序的设计第四章：系统的调试 及设计总结第2章可编程序逻辑控制器（PLC）和机械手概述2.1 可编程序逻辑控制器（PLC）2.1.1 PLC的结构PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成9。其结构简图如下：外设I/O接口 输出部件存储器 EPROM 微处理器 运算器 控制器电源 输入部件I/O扩展接口 I/O扩展单元 受控元件

10、输入信号外部设备图2-1 PLC硬件结构图PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。它是一种以微机处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信控制技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置。（本次课题主要应用三菱FX

11、2N系列PLC进行设计）2.1.2 PLC的发展历程在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控

12、制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪

13、80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：19701980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现

14、有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。19801990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。19902000年，PLC的高性能与小型化阶段。

15、在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉

16、及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。2.1.3 PLC的硬件一、PLC的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。1.整体式PLC整体式又叫做单元式或机箱式，它的体积小、价格低，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC

17、，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。2.模块式PLC大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。3.CPU模块中的存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的

18、操作系统，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B）为单位。（1）.随机存取存储器（RAM）用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。（2）.只读存储器（ROM）ROM的内容只能读出，不能写入。（3）.可以电檫出可编程的只读存储器（EEPROM）S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。4.I/O模块各

19、I/O点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。输入模块：PLC通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。输出模块：输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.52A,

20、负载电源由外部现场提供。2.1.4 PLC的主要特点一、抗干扰能力强，可靠性高PLC专门为工业环境而设计，具有很高的可靠性。它的主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信息调理电路；在机构上对耐热、防潮、防尘、抗震都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等干扰和故障诊断措施。所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力，因此稳定、可靠，抗干扰能力强。与继电器接触装置和通用计算机相比，PLC更能试用工业现场较为恶劣的生产环境。二、控制系统机构简单，通用性强PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。

21、在PLC够成的控制系统中，只需要在PLC的端子上接入相应的输入/输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量且繁杂的硬接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入/输出组件和应用软件的不同。PLC的输入/输出可以直接与交流220V、直流24V等强电相连，并有较强的带负载能力。三、编程简单，易于使用PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，因此PLC程序的编制采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专

22、门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识就可在短时间内学会。四、功能完善现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能，还能完成A/D转换、D/A转换、模拟量处理、高速计算、联网通信等功能，可以通过上位计算进行显示、报警、记录，进行人机对话，使控制水平大为提高。因此，PLC具有极强的适用性，能够很好地满足各类型控制的需要，是目前工厂中应用最广的自动化设备。五、体积小、维护操作方便PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观地反映现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常和电源状态等，对此均有醒目的指

23、示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监控。2.1.5 FX2N系列PLC介绍FX2N 型PLC的主要种类 FX2N型PLC按品种可以分为基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊扩展设备。基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成，只有基本单元可以单独使用，当输入输出点数不足时可以进行扩展。扩展单元由内部电源、内部输入输出组成、需要和基本单元一起使用。扩展模块由内部输入输出组成，自身不带电源，由基本单元、扩展单元供电，需要和基本单元一起使用。特殊扩展设备可以分为3类：特殊功能板、特殊模块和特殊单元，是一些特殊用途的装置。特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等，特殊模块主要有模拟量输

24、入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块，特殊单元用于定位脉冲输出。FX2N 型PLC的初步认识如图所示为FX2N型PLC基本单元外形，其主要是通过输入端子和输出端子与外部控制电器联系的。输入端子连接外部的输入元件，如按钮、控制开关、行程开关、接近开关、热继电器接点、压力继电器接点、数字开关等。输出端子连接外部的输出元件，如接触器、继电器线圈、信号灯、报警器、电磁铁、电磁阀、电动机等。图2-2（三菱FX2N系列PLC实物图）工作过程 （1）输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在此

25、阶段和输入刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入端信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。 （2）程序处理阶段 根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按从左至右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（软继电器）的当前状态。然后进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每个元件（软继电器）的状态会随着程序执行过程而变化。 （3）输出刷新结果阶段 在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/

26、断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，最后经过输出端子驱动外部负载。2.2 机械手2.2.1 机械手概述工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机器手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在我国民经济领域有着广阔的发展前景。机器手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动化控制技术、传感技术和计算机技术的科学领域，是一门跨学科综合性技术。2.2.2机械手的工作原理机械手是一种能自动化定位控制并可重新汇编程序以

27、变动的多功能机器。它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中的工作。工业机械手是近似自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。

28、自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生产工艺要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家

29、的重视，并投入了大量的物力和财力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。2.2.3机械手的发展趋势 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，人工工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往返的工作有机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的东西对人体的伤害，如：冶金，化工，医药，航天等。代表当代最先进的技术在日本，他的自动化。人性化让人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合现在尖端技术的现代机器。我国也在陆续在工业中有所应用，

30、对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化技术有待提高发展趋势是工作强多高灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能使人只做平时的简单维护，这也是现代工厂的发展趋势。此外，还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机联用，逐步成为机械制造系统中的一个基本单37第三章 系统设计3.1 系统方案分析设计3.1.1控制要求利用MCGS组态软件设计一机械手组态控制系统，机械手可以上下、左右移动；利用上下、左右限位开关控制机械手启停；机械手从原点开始，按以下动作进行：原点启动下行（到下限位停）抓工件上行（到上限位停）右行（到右限位

31、停）下行（到下限位停）放工具上行（到上限位停）左行（到左限位停）。在机械手运行过程中，任何时候都可以利用急停按钮，停止机械手动作。（一）利用PLC编写程序控制组态画面中变量的变化（二）利用PLC的输入信号控制组态画面，也可利用组态中各软按钮控制PLC程序的运行和组态运行3.1.2 方案设计利用MCGS组态软件设计一机械手组态控制系统,利用机械手上下左右移动碰到的限位开关作为系统的输入信号。系统设置一个启动按钮和一个急停按钮来控制系统的启动和停止。系统组态软件设计成一个机械手画面，通过动画连接和脚本程序。与PLC的联合调试 使系统达到可以在MCGS系统中监控机械手的运动。同时可以利用PLC程序控

32、制组态画面的要求。图3-1 图3-2 3.2 硬件设计3.2.1 输入/输出端子地址分配代号名称输入编号代号名称输出SB1启动按钮X0KM1机械手上行Y002SB2停止按钮X1KM2机械手下行Y003SQ1下限行程X2KM3机械手左行Y004SQ2上限行程X3KM4机械手右行Y005SQ3左限行程X4KM5抓工件Y006SQ4右限行程X5KM6放工件Y0073.2.2 PLC接线图3.3 系统程序设计 GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参

33、数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。 3.3.1 常用编程方法介绍1 经验设计法 在一些典型的控制环节和电路的基础上,根据被控制对象对控制系统的具体要求,凭经验进行选择、组合。有时为了得到一个满意的设计结果,需要进行多次反复地调试和修改,增加一些辅助触点和中间编程元件。这种设计方法没有一个普遍的规律可遵循,即具有一定的试探性和随意性,最后得到的结果也不是唯一的,设计所用的时间、设计的质量与设计者经验验多少有关。  2 接触器-继电器法接触器-继电器法就是依据所控制电器的接触器-继电器控制线路原理图，用PLC对应的符号和功能相当的器件，把原来

34、的接触器-继电器系统的控制线路直接翻译成梯形图程序的设计方法。接触器-继电器法特别适合于初学者编程设计使用，也特别适合对原有旧设备的技术革新和技术改造。3 顺序控制法顺序控制法就是在生产控制过程中，按照生产工艺所要求的动作规律，在各个输入控制信号的作用下，根据所需要的状态和时间顺序，在生产过程中的各个输出执行机构自动地按照预先规定的顺序有步骤地进行操作。 顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图,然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始,步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。4 逻辑

35、设计法工业电气控制线路中,有不少都是通过继电器等电气元件来实现,而继电器,交流接触器的触点都只有两种状态即吸合和断开,因此,用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路时完全可以的,PLC的早期应用就是替代继电器控制系统,因此用逻辑设计方法同样也适用于PLC应用程序的设计。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后,实现这个逻辑函数的线路就确定了。当这种方法使用熟练后,甚至梯形程序也可以省略,可以直接写出于逻辑函数和表达式对用的指令语句程序。 用逻辑设计法设计PLC应用程序的一般步骤如下: 第一步：列出执行元件动作节拍表 第二步：绘制电气控制系统的状态转

36、移图; 第三步：进行系统的逻辑设计; 第四步：编写程序; 第五步：对程序检测、修改和完善。 3.3.2流程图该系统采用顺序控制法，在顺序功能图中,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始,步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。3.3.3梯形图用三菱PLC的编程软件GX Developer编的梯形图 3.4 MCGS组态软件MCGS（Monitor and Control Generated System，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件。它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台

37、上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。其主要特征和功能大体为：具有简单灵活的可视化操作界面、实时性强、有良好的并行处理性能、有丰富生动的多媒体画面、开放式结构、广泛的数据获取和强大的数据处理功能、完善的安全机制、强大的网络功能、多样化的报警功能、支持多种硬件设备、方便控制复杂的运行流程、良好的可维护性和可扩充性、设立对象元件库组态工作简单方便、能实现对工控系统的分布式控制和管理等等。3.4.1 MCGS 组态软件结构MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的

38、工具软件，用来帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户的制定方式运行，并进行各种处理，完成用户组态用户设计的目标和功能。组态环境和运行环境的关系如下图所示：运行环境：解释执行状态结果组态环境：组态生成应用系统组态结果数据库由MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成。如下图所示MCGS主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略MCGS的五大组成部分MCGS组态软件建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，可以完成不同的工作，且具有不同的特性。（

39、1）主控窗口主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓、运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等内容，是应用系统的主框架。在主窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，主控窗口负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。（2）设备窗口 设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件吧外部设备的数据采集进来，送人实时数据库中的数据输出到外部设备。一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统

40、自动打开设备窗口来管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。（3）用户窗口 用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面。其中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画显示与操作模块，用户可以直接使用。通过在用户窗口内放置不同的图形对象来搭建多个窗口，用户可以构件各种复杂的图形界面，以便用不同的方式实现数据和流程的可视化。 组态工程中的用户窗口，最多可以定义512个。所以的用户窗口均位于窗口内，其打开时窗口可见，关闭时窗口不可见。允许多个用户窗口同时处于打开状态，其位置、大小和边界等属性可以随意改变或设置。（4）实时

41、数据库 实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，是MCGS系统的核心。它将MCGS工程各个部分连接成有机的整体。本窗口内定义的不同类型和名称的变量，将作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。MCGS用实时数据来管理所有的实时数据。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据的报警处理和存盘处理。因此，实时数据库所存储的单元，不单单是变量的数值，还包括变量的特征参数（属性）以及对该变量的操作方法（设置报警性、报警处理、存盘处理等）。这种将数值、属性和方法封装在一起的数据称为数据对象。实时数据库采用面向对象的技术，不仅仅为其他部分提供服务，还为系统各个功能部件提供数据共享。（5）运

42、行策略运行策略是对系统运行的流程实现有效控制的手段。本窗口主要完成对工程运行流程的控制。包括编程控制程序（ifthen脚本程序）和选用各种功能构件，例如数据提取、定时器、配方操作和多媒体输出等。运行策略本身是系统提供的一个框架，里面放置有策略条件构件和由策略构件组成的策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库，控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。一个应用系统有三个固定的运行策略：启动、循环策略、和退出策略，用户也可以根据具体需要创建新的用户策略、循环策略、报警策略、事件策略、热键策略，并且用户最多可创建521个用户策略。启动策

43、略在应用系统开始运行时调用，退出策略在应用系统退出运行时调用，循环策略由系统在运行过程中定时循环调用，用户策略供系统中的其他部件调用。3.4.2 MCGS 组态软件功能特点MCGS的主要和基本功能如下：（1）简单的可视化操作界面MCGS采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变符合中国人的使用习惯和要求。用户可以使用系统的默认构架，也可以根据自己的需要自己组态配置图形界面，生成各种类型和风格的图形界面，包括DOS风格和标准Windows风格的图形界面并且带有动画效果的工具条和状态条等。（2）实时性强、良好的并行

44、处理性能MCGS是真正的32位系统充分利用了32位Windows操作品台的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理，使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。（3）丰富、生动的多媒体画面 MCGS以图像、图符报表和曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息；通过对图形大小的变化、颜色的改变、明暗的闪烁、图形的移动反转等多种手段，增强画面的动态显示效果；在图元、图符对象上定义相应的状态属性，实现动画效果。MCGS还为客户提供了丰富的动画构件，每个动画构件都应一个特定的动画功能。MCGS还支持

45、多媒体功能，使能够开发出集图像、声音、动画为一体的漂亮、生动的工程画面。（4）完善的安全机制 MCGS提供了良好的安全机制，为多个不同级别的用户设定了不同的权限。此外MCGS还提供了工程密码，锁定软件狗、工程运行期限等功能，大大加强了保护组态开发者劳动成果的力度。（5）强大的网络功能 MCGS支持TCP/IP、MODEN、RS-458/RS-422/RS-232等多种网络体系结构；使用MCGS网络版组态软件，可以在整个企业范围内，用IE浏览器方便的浏览到实时和历史的监控信息，实现设备管理和企业管理的集成。（6）多样化的报警功能 MCGS提供多种不同的警报方式，具有丰富的警报类型和灵活多样的警报

46、处理函数。不仅方便用户进行警报设置，并且实现了系统实时显示、打印警报信息的功能。警报信息的存储与应答功能，为工业现场安全可靠地生产运行提供了有力的保障。（7）实时数据库为用户分步组态提供极大方便 MCGS由主窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，其中实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的功用数据区，是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。在生成用户应用系统时，每个部分均可分别进行组态配置，独立创建，互不干扰；而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换，形成互相关连的整体。（8）支持多种硬件设备，实现

47、“设备无关”MCGS针对外部设备的特征，设备工具箱，定义多种设备构件，建立系统与外部设备的连接关系，赋予相关的属性，实现对外部设备的驱动和控制。用户在设备工具箱中可方便选择各种设备。不同的设备构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系；而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其他构件和整个系统。（9）控制方便复杂的运行流程 MCGS开辟了“运行策略窗”口，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件，用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据交换，实现自由，准确地控制运行流程，同时也可以由

48、用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。（10）良好的可维护性和可扩充性MCGS系统由五大功能模块组成，主要的模块以及构件的形式来构造，不同的构件有着不同的功能，且各自的独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画构件和流程控制）的所有工作。除此之外，MCGS还提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的用VB、VC等高等高级开发语言，编制特定的构件来扩充系统的功能。3.4.3 工程的建立和变量的定义1) 首先双击桌面MCGS组态环境图标，进入组态环境，屏幕中间窗口为工作台。2) 单击文件菜单中“新建工程”选项，自动生成新建工程，默认的工程名

49、为：“新建工程0.MCG”。3) 选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。4) 在文件名一栏内输入“机械手控制系统”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。如图所3-3示。图3-3在MCGS中，变量也叫数据对象。实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。变量的分配在开始定义之前，我们先对系统进行分析，确定需要的变量。本系统至少需要16个变量，见下表。变量名

50、类型初值注释启动按钮开关型0机械手启动控制信号 X0输入1有效停止按钮开关型0机械手复位控制信号 X1输入1有效上限开关开关型0机械手动作控制 输入1有效下限开关开关型0机械手动作控制 输入1有效左限开关开关型0机械手动作控制 输入1有效右限开关开关型0机械手动作控制 输入1有效变量定义的步骤1） 单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入“实时数据库”窗口页，如图3-4所示。窗口中列出了系统已有变量“数据对象”的名称。其中一部分为系统内部建立的数据对象。现在要将表中定义的数据对象添加进去。2） 单击工作台右侧“新增对象” 按钮，在窗口的数据对象列表中，增加了一个新的数据对象，如图3-5所示。3

51、） 选中该数据对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置” 窗口。图3-4实时数据库窗口图3-5实时数据库窗口图3-6 数据对象属性设置窗口4)将“对象名称”改为：启动按钮；“对象初值”改为：0；“对象类型”选择：开关型；在“对象内容注释输入框”内输入：机械手启动信号，X11输入，1有效。5)单击“确定”。如图3-6所示。6)按照步骤25，根据上面列表，设置其他数据对象。7)单击“保存”按钮。3.4.4动画连接指示灯的动画连接1) 双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。2) 单击“动画连接”选项卡，进入该页。图3-7 动画组态属性设置3) 单击“组合图符”，出现“？

52、”、“>”按钮。4) 单击“>”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项卡，进入该页，如图4-7所示。5) 选中“可见度”选项卡，其他项不选。6) 单击“可见度”选项卡进入该页，如图4-8所示。图3-8 动画组态属性设置7) 在“表达式”一栏，单击“？”按钮，弹出当前用户定义的所有数据对象列表，双击“启动按钮”。8) 在“当表达式非零时”一栏，选择“对应图符可见”。9) 单击“确认”按钮，退出“可见度”设置页。10) 单击“确认”按钮，退出“单元属性设置”窗口，结束启动指示灯的动画连接。11) 单击“保存”按钮。12) 依次对其他指示灯进行设置，依照步骤1）11）。

53、经过这样的连接，当按下机械手或画面上的启动按钮后，不但相应变量的值会改变，相应指示灯也会出现亮灭的改变。 机械手的动画连接1、 垂直移动动画连接：1) 在“实时数据库”中增加一个新变量“垂直移动量”，初值：0，类型：数值型。2) 单击“查看”菜单，选择“状态条”，在屏幕下方出现状态条。状态条左侧文字代表当前操作状态，右侧显示被选中对象的坐标和大小。3) 估计总垂直移动距离：在上工件底边与下工件底边之间画一条直线，根据状态条大小指示可知直线长度即总垂直移动距离，垂直移动距离为104。4) 在脚本程序的开始处增加“动画控制”语句：IF 下移=0 THEN 垂直移动量=垂直移动量+1ENDIFIF

54、上升=0 THEN 垂直移动量=垂直移动量-1ENDIF变化率=1个相素/每次，即每执行一次脚本程序，垂直移动量加1或减1，当然变化率也可以选大些或小些。5） 计算垂直移动一次脚本程序执行次数：次数=下移时间（上升时间）/循环策略执行间隔=5s/200ms=25次。6） 计算：垂直移动量的最大值=循环次数* 变化率=25*1=25。7） 在机械手监控画面中选中并双击上工件，弹出“属性设置”窗口。8） 在“位置动画连接”一栏中选中“垂直移动”，单击“垂直移动”选项卡，进入该页。9） 按照图4-9所示在“表达式”一栏填入：垂直移动量。在垂直移动连接栏填入各项参数。单击“确认”按钮，存盘。

55、10） 进入运行环境，单击“启动”按钮，观察动作。图3-9 动画组态属性设置2、水平移动动画连接：1) 水平移动总距离的测量：在工件初始位置和移动目的地之间画一条直线，记下状态条大小指示，此参数即为总水平移动距离。移动距离为180.2) 在数据库中增加一个变量：水平移动量，数值型，初值为0。图3-10 动画组态属性设置3) 脚本程序中增加以下代码：IF 前伸0 THEN水平移动量=水平移动量+1ENDIFIF 后缩0 THEN 水平移动量=水平移动量-1ENDIF4) 脚本程序执行次数后缩时间（前伸时间）循环策略执行时间=10s/200s=50次。5) 计算：水平移动量的最大值=循环次数*变化率=50*1=50，即当水平移动量50时，水平移动距离为180。6) 如图4-21所示对右滑杆、机械手、上工件、气夹分别进行水平动画连接。参数设置的意思是：当水平移动量=0时，向右移动距离为0；当水平移动量50时，向右移动距离为180。7）进入运行环